陳育華，林建生

（1.韶關(guān)市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)站樂(lè)昌分站，廣東 韶關(guān) 512000；2.廣州大學(xué)，廣東 廣州 510000）

0 引言

21 世紀(jì)以來(lái)，隨著中國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的不斷完善和私家車(chē)等移動(dòng)交通工具的不斷普及，大量的工業(yè)廢氣和汽車(chē)尾氣排放使得中國(guó)的空氣污染更加嚴(yán)重，特別是以臭氧（O3）為主的光化學(xué)霧霾污染和高濃度細(xì)顆粒物（PM2.5）的霧霾現(xiàn)象頻繁發(fā)生[1]。為了更加客觀合理地評(píng)價(jià)空氣質(zhì)量，2012 年中華人民共和國(guó)生態(tài)環(huán)境部頒布的《環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095—2012）明確規(guī)定了臭氧的新標(biāo)準(zhǔn)濃度值——1 h 臭氧濃度值和8 h臭氧濃度值[2]。根據(jù)《廣東省城市環(huán)境空氣質(zhì)量狀況》（2018 年8 月）公布的數(shù)據(jù)，與2017 年相比，臭氧已成為廣東省的首要污染物，占比達(dá)92.4%。不難看出，隨著廣東省經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，煤化石燃料使用量的急劇增加和機(jī)動(dòng)車(chē)的大量使用直接或間接導(dǎo)致了臭氧濃度的增加[3-5]。長(zhǎng)期高濃度臭氧污染會(huì)對(duì)人體健康造成危害，尤其是對(duì)人體呼吸道和神經(jīng)系統(tǒng)的危害。嚴(yán)重者會(huì)引起哮喘、胸悶、頭痛、思維能力下降等，這是真正的“隱形殺手”[6-7]。

本研究監(jiān)測(cè)期為秋季8 月22 日—28 日。利用大氣運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以韶關(guān)市樂(lè)昌市某區(qū)域?yàn)橹行?，?duì)特定路線的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，采集NO2和O3濃度等數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)監(jiān)測(cè)路線沿線的O3濃度及O3濃度變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)。對(duì)臭氧污染的時(shí)空分布特征、濃度變化與影響因素的相關(guān)性分析、來(lái)源分析進(jìn)行了研究，為改善該市空氣質(zhì)量、減少臭氧污染提供初步的數(shù)據(jù)參考。

1 研究方法

如圖1 所示，沿固定路線，從第五中學(xué)出發(fā)，經(jīng)過(guò)南塔路到廣東省第二農(nóng)機(jī)廠，然后到達(dá)長(zhǎng)塘路，繞南塔公園到達(dá)殯儀館，最后回到第五中學(xué)。選擇上述路線的主要原因是：長(zhǎng)塘路、南塔路和南塔公園在該區(qū)域可以很好的覆蓋，具有典型性。路線主要經(jīng)過(guò)露天工地、學(xué)校和交通路口，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)具有代表性。

圖1 研究路線示意圖

使用Aeroqual S500 臭氧監(jiān)測(cè)儀測(cè)量臭氧濃度。監(jiān)測(cè)儀將周?chē)目諝馕胍粋€(gè)外殼，在這個(gè)外殼中，臭氧分子通過(guò)其氧化傾向，改變感應(yīng)材料（一種加熱的氧化鎢薄膜）的電狀態(tài)。薄膜被沉積在金屬電極上，電阻的變化可以反映臭氧濃度的變化。測(cè)量周期約為68 s，而數(shù)據(jù)每分鐘記錄為最近更新的值。對(duì)于步長(zhǎng)增加，響應(yīng)時(shí)間約為3 個(gè)采樣間隔（約3 min），對(duì)于步長(zhǎng)減少，響應(yīng)時(shí)間約為一個(gè)采樣間隔（約1 min）。該移動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器是Sniffer4D 智能嗅覺(jué)超細(xì)網(wǎng)格大氣移動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，使用世界領(lǐng)先的英國(guó)Alphasense 氣體傳感器。實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)可通過(guò)4G 信號(hào)或數(shù)據(jù)線傳輸?shù)脚涮椎臄?shù)據(jù)處理軟件Sniffer4D Mapper 數(shù)據(jù)可視化分析軟件。2019 年8 月22 日—28 日，為期7 d。根據(jù)中國(guó)空氣質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)網(wǎng)數(shù)據(jù)，這段時(shí)間O3的平均質(zhì)量濃度為62.8 μg/m3。移動(dòng)抽樣每天3 次，時(shí)間分別為09：00—09：30、15：00—16：00 和21：00—21：30。

數(shù)據(jù)處理與分析采用儀器自帶的Sniffer4D Mapper 數(shù)據(jù)可視化分析軟件對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行初步判斷與分析。利用軟件提供的二維網(wǎng)格圖和三維點(diǎn)云圖，可以查看垂直范圍的數(shù)據(jù)變化和不同地方的O3濃度，并對(duì)中國(guó)空氣質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)發(fā)布的該市數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 O3 濃度的時(shí)間分布特征

樂(lè)昌市臭氧濃度日變化特征如表1 所示。7 d 內(nèi)O3濃度的日變化趨勢(shì)大致呈早晚低、下午高的“單峰”模式，04：00—08：00，O3濃度較低。O3濃度數(shù)據(jù)08：00 開(kāi)始上升，16：00 左右達(dá)到峰值，之后整體數(shù)據(jù)開(kāi)始下降。另外可以看到，20：00 時(shí)左右，該市臭氧質(zhì)量濃度基本上都低于100 μg/m3。

表1 該市8 月22 日—28 日臭氧濃度日變化過(guò)程

研究期間，該市上午O3質(zhì)量濃度基本在14～147 μg/m3，下午O3質(zhì)量濃度基本在32～147 μg/m3。晚上濃度較下午低，在7～97 μg/m3。根據(jù)《環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095—2012），O3濃度的1 h 平均水平為160 μg/m3，第二水平為200 μg/m3。從圖2 可以看到，研究區(qū)的臭氧濃度低于國(guó)家規(guī)定的二級(jí)，表明研究區(qū)臭氧在可接受范圍內(nèi)。此外，根據(jù)監(jiān)測(cè)路線的不同，個(gè)別區(qū)域的O3濃度在一定時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)“最大值”，判斷為O3濃度飆升，這與監(jiān)測(cè)過(guò)程中的環(huán)境和人類(lèi)活動(dòng)有關(guān)。

圖2 O3 平均日變化箱形圖（上午—下午—晚上）

2.2 O3 質(zhì)量濃度的空間變異特征

研究期間O3質(zhì)量濃度的等值線分布如圖3 所示。顏色越深，該區(qū)域O3質(zhì)量濃度越高。通過(guò)對(duì)比可以清楚地看到，下午的O3質(zhì)量濃度等高線圖最暗，主要集中在南塔路和長(zhǎng)塘路附近，晚上的區(qū)域圖次之，上午的區(qū)域圖最亮，符合O3質(zhì)量濃度的單峰趨勢(shì)。與數(shù)據(jù)比較發(fā)現(xiàn)，上午、下午和晚上測(cè)得的O3平均質(zhì)量濃度分別為25、89.5、39.0 μg/m3。

圖3 臭氧質(zhì)量濃度等值線的時(shí)空分布

圖4 顯示了研究區(qū)內(nèi)不同地點(diǎn)的O3濃度的日變化情況。總體而言，4 個(gè)地點(diǎn)南塔路、第五中學(xué)、南塔公園和長(zhǎng)塘路濃度日變化均呈單峰分布。可以清楚地看到，南塔路的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)高于其他3 個(gè)地點(diǎn)，下午或夜間的O3質(zhì)量濃度監(jiān)測(cè)值均超過(guò)50 μg/m3。原因可能是南塔路車(chē)流量大，人流量大，機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放大，污染源集中。南塔公園的價(jià)值相對(duì)較低，相對(duì)而言，南塔公園和第五中學(xué)的O3濃度較4 個(gè)地點(diǎn)低，可能是因?yàn)槿肆髁亢蛙?chē)輛較少，說(shuō)明人類(lèi)排放源對(duì)特定地點(diǎn)O3濃度的影響較大。

圖4 各地點(diǎn)臭氧濃度的日變化

2.3 O3 污染來(lái)源分析

本研究移動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，該市8 月22 日—28 日O3日平均濃度基本低于本研究區(qū)（圖5）。所研究區(qū)域在樂(lè)昌市南塔公園附近，與市中心有一定距離。許多研究表明，城市郊區(qū)的O3濃度數(shù)據(jù)普遍高于市區(qū)，這可能是由于市區(qū)的O3污染或前體NOx的區(qū)域運(yùn)輸。氮氧化物由城市向郊區(qū)輸送，在日照充足、溫度較高的天氣條件下，自然排放的揮發(fā)性有機(jī)化合物生成O3。

圖5 某市市區(qū)與研究區(qū)臭氧日平均濃度比較

圖6 不同NO2 濃度與臭氧濃度的相關(guān)性

因此，本研究比較了O3質(zhì)量濃度和前體NO2質(zhì)量濃度的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)不同的NO2質(zhì)量濃度與O3質(zhì)量濃度存在不同的相關(guān)性（圖6）。當(dāng)NO2質(zhì)量濃度小于30 μg/m3時(shí)，NO2質(zhì)量濃度與O3濃度呈負(fù)相關(guān)，而當(dāng)NO2質(zhì)量濃度大于40 μg/m3時(shí)，NO2質(zhì)量濃度與O3質(zhì)量濃度呈正相關(guān)。研究區(qū)南塔路日交通量巨大，機(jī)動(dòng)車(chē)怠速時(shí)，釋放出大量未完全燃燒的CO，促進(jìn)了O3質(zhì)量濃度的升高。與南塔路相比，南塔公園車(chē)流量不大，午后O3質(zhì)量濃度明顯低于南塔路等車(chē)流量較大的交叉口。此外，臭氧污染的區(qū)域傳輸明顯，秋季廣東省粵東北臭氧的區(qū)域輸送占臭氧污染的比重較大。因此，可以判斷NO2質(zhì)量濃度與O3質(zhì)量濃度呈正相關(guān)，NO2質(zhì)量濃度與外部O3運(yùn)輸存在一定的相關(guān)性，從而導(dǎo)致了NO2質(zhì)量濃度局部上升，反而促進(jìn)了O3生產(chǎn)的錯(cuò)誤印象。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，8 月25 日，O3質(zhì)量濃度達(dá)到最大值，隨后下降至8 月28 日，在此期間，研究區(qū)前體NO2變化不明顯。研究期間該市氣象資料顯示，8 月22 日—25 日風(fēng)向?yàn)闁|北，推測(cè)研究區(qū)高濃度O3污染可能在一定程度上被輸送。

3 結(jié)論

本文采用高精度氣體傳感器于2019 年8 月對(duì)樂(lè)昌市南塔公園周邊的O3質(zhì)量濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)其時(shí)空分布特征及影響因素進(jìn)行分析研究。得到以下結(jié)論：研究區(qū)臭氧污染日變化特征呈單峰分布，下午15：00 左右達(dá)到峰值，1 h 內(nèi)平均質(zhì)量濃度低于國(guó)家200 μg/m3污染標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)比該市與監(jiān)測(cè)區(qū)O3質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)可以看出，中心城區(qū)O3質(zhì)量濃度明顯低于本實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)區(qū)。研究區(qū)臭氧濃度污染存在明顯的空間分布特征，高濃度臭氧主要集中在南塔路、長(zhǎng)塘路等交通量較大的區(qū)域，說(shuō)明高濃度臭氧可能與機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放前體有關(guān)。結(jié)合風(fēng)向條件，推測(cè)研究區(qū)可能存在一定程度的高濃度O3污染區(qū)域輸送。